Manufacturing and Design of the Pin-On Disk Wear Test Ring

Year 2024, Volume: 16 Issue: 1, 481 - 495, 31.01.2024

Ahmet Enes Saraç Ertuğrul Durak

https://doi.org/10.29137/umagd.1412911

Abstract

Many model test systems are used to determine such as friction coefficient, wear and lubrication the tribological properties of materials under different operating conditions. In this paper, the design and manufacturing of the Pin on Disk wear test apparatus (PDATD)is aimed with reference to ASTM G-99 standards. Care has been taken to ensure that parameters such as different lubrication conditions, load, speed, and different oil temperatures can be adjusted in the test setup. The loading arm is designed to be adjustable so that the load applied in the experimental setup affects the test sample with the same load intensity. In the loading arm mechanism, a rolling bearing and appropriate spaced fit classes are selected to allow the arm to move freely. Finite element and analytical method analyzes were carried out for stress and deformation changes in the loading arm. Gripping and screw connections were used on the disk so that the test samples could be easily mounted. It is possible to use both pin and spherical elements as counter surface elements in the PDATD. Thermocouples suitable for temperature change in the opposite element and temperature measurement under oily test conditions were mounted on the test rig. In addition, in the study, the current values of the drive motor that enables the rotation of the disk were added to the electronic card connection required for measurement, and its relationship with the friction force was tried to be studied.

Keywords

Pin on Disk Wear Test Rig, Friction Coefficent, Wear, Lubrication

Pim Disk Aşınma Test Cihazı Tasarımı ve İmalatı

Abstract

Farklı çalışma şartlarında malzemelerin sürtünme katsayısı, aşınma ve yağlama gibi tribolojik özelliklerinin belirlenmesi için birçok model test sistemleri mevcuttur. Bu makalede Pim-Disk Aşınma Test Düzeneğinin (PDATD) ASTM G-99 standartları referans alınarak tasarımı ve üretimi amaçlanmıştır. Test düzeneğinde farklı yağlama şartları, yük, hız, farklı yağ sıcaklıkları gibi parametrelerin ayarlanabilmesi imkânına sahip olmasına özen gösterilmiştir. Deney düzeneğinde uygulanan yükün test numunesine aynı şiddetle etki etmesi için yükleme kolu ayarlanabilir şekilde tasarlanmıştır. Kol mekanizmasında kolun serbest hareket etmesi için yuvarlanmalı yatak ve uygun boşluklu geçme sınıfları seçilmiştir. Yükleme kolundaki gerilme ve şekil değişimleri için sonlu elemanlarla ve analitik analizler yapılmıştır. Test numuneleri kolayca monte edilebilecek şekilde pabuç ve vida bağlantıları disk üzerinde kullanılmıştır. PDATD’de karşı eleman olarak hem pim hem de küresel elemanlar kullanılma imkânı vardır. Karşı elemandaki sıcaklık değişimi ve yağlı deney şartlarında sıcaklık ölçüm için uygun termokupllar deney setine monte edilmiştir. Ayrıca çalışmada diskin dönmesini sağlayan tahrik motorunun elektrik akım değerleri ölçüm için gerekli elektronik kart bağlantısı da eklenerek sürtünme kuvveti ile ilişkisi incelenmeye çalışılmıştır.

Keywords

Pin Disk Test Cihazı, Sürtünme Katsayısı, Aşınma, Yağlama

References

• ASTM G99-23 Standards - Standard Test Method for Wear and Friction Testing with a Pin-on-Disk or Ball-on-Disk Apparatus, https://www.astm.org/standards/g99
• Başoğul, Y., 2014. Mikro Ark Oksidasyon Yöntemi İle Kaplanmış AA6082 Alaşımının Farklı Yağlama Şartlarında Tribolojik Özelliklerinin İncelenmesi. Süleyman Demirel Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü̈, Doktora Tezi, 213s, Isparta.)
• Hidalgo, B.D.A. et al. (2022). Design of Pin on Disk Tribometer Under International Standards. In: Deepak, B.B.V.L., Parhi, D., Biswal, B., Jena, P.C. (eds) Applications of Computational Methods in Manufacturing and Product Design. Lecture Notes in Mechanical Engineering. Springer, Singapore. https://doi.org/10.1007/978-981-19-0296-3_6
• Hoić, M., Hrgetić, M., & Deur, J. (2016). Design of a pin-on-disc-type CNC tribometer including an automotive dry clutch application. Mechatronics, 40, 220–232. https://doi.org/10.1016/j.mechatronics.2016.10.016
• Kashani, M. R., Behazin, E., & Fakhar, A. (2011). Construction and evaluation of a new tribometer for polymers. Polymer Testing, 30(3), 271–276. https://doi.org/10.1016/j.polymertesting.2011.01.003
• Lampaert, V., Al-Bender, F. & Swevers, J. Experimental Characterization of Dry Friction at Low Velocities on a Developed Tribometer Setup for Macroscopic Measurements. Tribology Letters 16, 95–105 (2004). https://doi.org/10.1023/B:TRIL.0000009719.53083.9e
• Li, Z., Guan, Q., Liu, S., Bao, J., Ding, H., & Wang, W. (2024). Friction-reducing and anti-wear performance of sio2-coated tin nanoparticles in gear oil. Wear, 538–539, 205219. https://doi.org/10.1016/j.wear.2023.205219
• Niklas Axén, Sture Hogmark, Staffan Jacobson, 2001, “13 Friction and Wear Measurement Techniques”, in Modern Tribology Handbook, Ed. Bhushan, B., 13, pp 5,6, 2001CRC Press LLC, Columbos, Ohio.
• Rosa Putra Cupu, D., & Adeka Putra, O. (2022). Design of pin on disc tribometer test equipment using the HATAMURA method. The Journal of Ocean, Mechanical and Aerospace -Science and Engineering- (JOMAse), 66(1), 20–26. https://doi.org/10.36842/jomase.v66i1.257
• Sharma B.K., Adhvaryu A., Erhan S.Z., 2009. Friction and Wear Behavior of Thioether Hydroxy Vegetable Oil. Tribology International, 42, 353–358.
• Sharma B.K., Doll K.M., Erhan S.Z., 2008. Ester Hydroxy Derivatives of Methyl Oleate: Tribological, Oxidation And Low Temperature Properties. Bioresource Technology 99, 7333–7340.
• Soni, A., Kumar Das, P., Kumar, S., Mishra, V., Pagare, A., Kumar, D., & kumar, S. (2023). Tribological characterizations and numerical simulations of thermoplastic composites in pin-on-disc configuration. Materials Today: Proceedings, 79, 92–99. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2022.09.231
• Soydan, Y.; Ulukan, L., (2013). Temel Triboloji Sürtünme Aşınma Yağlama Bilimi ve Teknolojisi, Kopisan Yayın Evi Żurowski, W., Zepchło, J., Kanaška, D., & Rucki, M. (2021). Concept and assessment of the novel design of Tribological Tester. Measurement, 170, 108724. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2020.108724